三道防線：構筑大電網安全屏障

1、三道防線：構筑大電網安全屏障 近年來，美國、加拿大、俄羅斯等國發(fā)生的大面積停電，引起了國際社會對電網安全的高度關注。黨中央、國務院領導高度重視我國電網的安全穩(wěn)定問題，多次作出重要批示，要求電力部門強化防范，保證電網安全和電力的有序供應。國家電網公司作為關系國家安全和國民經濟命脈的國有重點能源企業(yè)，長期以來保持把保證國家電網的安全和穩(wěn)定作為首要工作來抓：組織專家學者對我國電網安全問題進行分析和經驗總結，針對國外大停電事故進行反思；組織科研力量開展大量科技研發(fā)，提升了我國大電網分析和控制的能力；編制國家電網公司“十一五科技發(fā)展規(guī)劃和大電網安全關鍵技術研究框架等，確定了將來較長一段時間的科研攻關項目

2、和研究目標。經驗和啟發(fā)合理規(guī)劃：電網安全的物質基礎保證電網安全首先必須保證電網規(guī)劃安全。強化電網建設、合理規(guī)劃電網是電網安全的第一步。國家電網公司提出的發(fā)展特高壓電網，強化城網建設的發(fā)展目標，將為電網安全奠定堅實的物質基礎。合理規(guī)劃網架、建設結構清楚的網架結構，保持分層分區(qū)，強化受端電網建設，送端電源合理接入受端電網等技術原則，是國家電網公司在長期電網規(guī)劃中取得的寶貴經驗。管理機制：電網安全的保證參加電網的各利益主體，包括發(fā)電公司、電網公司、用戶等都必須為電網的安全承當責任和義務。為此，要制定合適我國國情的電力市場模式和具有合理利潤回報的電價體系，建立公正、合理的激勵約束機制，促進電廠和電網的

3、同步發(fā)展；在管理方面，要保持統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一調度；在電網運行方面，要制定強制性技術標準，規(guī)范電網參加者的責任和義務，嚴格執(zhí)行調度命令。8·14美加大停電后，美國開始著手將原來僅起指導性作用的電力系統(tǒng)可靠性準則轉變成強制性技術標準，我國自1981年執(zhí)行電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則后停電事故顯然減少，這些都說明了強制執(zhí)行的安全穩(wěn)定技術標準關于保證電網安全的重要性。分析、監(jiān)控技術：電網安全的第一道防線由于我國電網結構相對比較薄弱，電網設備故障和外力破壞事故較多，所以，國家電網一直以來都很重視繼電保護和安全自動裝置的合理配置。電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定裝置的配置以電力系統(tǒng)分析為基礎，要使電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)

4、能切實發(fā)揮有效作用，完善的電力系統(tǒng)分析工具，準確的電力系統(tǒng)分析模型是必不可少的，為此，國網公司在電力分析軟件開發(fā)、電力系統(tǒng)元件建模研究方面給予了大力支持，取得了很多重要成果。目前，我國在“三道防線建設，繼電保護和安全穩(wěn)定自動裝置的優(yōu)化配置，繼電保護裝置和穩(wěn)定控制技術，電力系統(tǒng)分析領域，都已達到世界先進水平，為保證我國電網安全發(fā)揮了重要的作用。成就斐然電網互聯(lián)和特高壓國家電網的規(guī)劃建設為實現(xiàn)資源優(yōu)化配置，滿足日益增長的負荷需求，改善電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性能，提升供電可靠性和經濟性，以及符合環(huán)境保護的要求，電網互聯(lián)是電網發(fā)展的必定趨勢，世界范圍內均在形成規(guī)模越來越大的大電網。我國從上世紀90年代開始系

5、統(tǒng)化地研究大電網特性，包括：1990年至1995年開展的中國電網發(fā)展規(guī)劃研究；1995年至1998年開展的全國聯(lián)網和更高一級交流電壓等級研究；1999年至2002年開展的全國互聯(lián)電力系統(tǒng)計算分析研究及全國大區(qū)電網互聯(lián)關鍵技術研究；2002年至2003年開展的全國聯(lián)網規(guī)劃深入研究及全國聯(lián)網規(guī)劃補充研究；2003年至2004年開展的全國聯(lián)網技術研究及全國聯(lián)網同步網構建方案研究；2004年開始至今開展了1000千伏級交流輸電關鍵技術研究及±800千伏級直流輸電系統(tǒng)關鍵技術研究，以及國家電網規(guī)劃等研究工作。其中，研究了不同階段電網發(fā)展規(guī)劃目標、全國電網互聯(lián)的格局、大區(qū)電網互聯(lián)方式、電網互聯(lián)基

6、本原則，提出大區(qū)互聯(lián)電網安全穩(wěn)定性評價方法，研究特大規(guī)模交、直流系統(tǒng)特有機理，研究保證電網安全穩(wěn)定運行和防止大面積停電的技術措施。從研究的技術問題上看，研究了特高壓在電力系統(tǒng)中的實際作用和影響，多個大容量直流線路在受端電網集中落點問題，直流聯(lián)網送、受端電網的互相影響問題，電網交流互聯(lián)后電網內部的安全穩(wěn)定水平可能發(fā)生變化的問題等。研究成果對全國聯(lián)網的規(guī)劃制定及工程實施提供了必要的基礎研究成果，對特高壓國家電網的發(fā)展起到了促進和技術支撐的作用。電力系統(tǒng)分析技術一、電力系統(tǒng)仿真分析軟件開發(fā)及完善在電力系統(tǒng)分析控制理論和方法的研究方面，開發(fā)了國內應用范圍最為廣泛的電力系統(tǒng)分析程序軟件包，如電力系統(tǒng)潮流

7、及暫態(tài)穩(wěn)定程序、電力系統(tǒng)全過程動態(tài)仿真程序、電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定分析程序等眾多電力系統(tǒng)分析軟件。在我國西電東送、南北互供、全國聯(lián)網及特高壓國家電網的規(guī)劃制定及科研工作中，這些軟件發(fā)揮了重要作用，在多項大區(qū)電網互聯(lián)工程和直流輸電工程中發(fā)現(xiàn)、研究、解決了大量的系統(tǒng)關鍵技術問題，在電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、小干擾動態(tài)穩(wěn)定等領域積存了豐富的理論和實際經驗。1998年至2002年，立項開展了電力系統(tǒng)仿真軟件開發(fā)項目，形成了電力系統(tǒng)全過程動態(tài)仿真軟件、大型電力系統(tǒng)電力電子和靈活交流輸電FACTS裝置電磁暫態(tài)仿真軟件包，基本實現(xiàn)了具有自主知識產權的從暫態(tài)過程至中長期過程的仿真功能，并為全過程仿真的電磁暫態(tài)過程

8、仿真奠定了一定的基礎。    二、大電網仿真模型研究及應用電力系統(tǒng)各元件的數學模型以及由其構成的全系統(tǒng)數學模型是電力系統(tǒng)數字仿真的基礎，模型的準確與否直接影響著仿真結果和以此為基礎的決策方案。在大區(qū)互聯(lián)電網出現(xiàn)后，負荷模型參數和勵磁系統(tǒng)模型參數對穩(wěn)定計算結果有顯著影響的問題，曾一度困擾著我國電力界。國家電網公司組織科研單位開展了針對負荷建模方法的基礎研究，并在東北電網成功實施了三相短路試驗，開展了典型大機組的勵磁模型及參數測試工作。所取得的研究成果在國家電網公司實施的提升電網輸送能力工程中發(fā)揮了重要作用，取得了顯著的社會和經濟效益。三、電力系統(tǒng)仿真中心建設為了提升

9、大電網研究分析的仿真能力和水平，國家電網公司還投入大量資金，建設了亞洲規(guī)模最大的電力系統(tǒng)仿真中心，在三峽輸電系統(tǒng)、全國聯(lián)網和重大交、直流輸電系統(tǒng)的規(guī)劃、建設、調試和運行的試驗研究和技術服務中發(fā)揮了重要作用。四、電力系統(tǒng)實時仿真和并行計算分析超大規(guī)模電力系統(tǒng)異常動態(tài)行為的一個關鍵問題是電力系統(tǒng)仿真的理論和算法。在國家973計劃和國家電網公司重大項目的支持下，該項目已完成了電力系統(tǒng)全數字實時仿真的研究開發(fā)工作，解決了基于高性能集群服務器的大規(guī)模電力系統(tǒng)實時和超實時同步并行計算問題，為實現(xiàn)大電網在線安全評估提供了有力的分析和仿真工具。該項目為進一步在調度控制中心進行在線動態(tài)安全分析奠定了堅實的基礎。

10、大電網監(jiān)測和控制技術一、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS在提升電網動態(tài)穩(wěn)定性中的研究和工程實施跨大區(qū)電網互聯(lián)后，動態(tài)穩(wěn)定問題變得很特別，國家電網公司組織開展了PSS提升電網動態(tài)穩(wěn)定性的研究和工程實施工作，在國家電網200多臺發(fā)電機上配置了PSS，有效地提升了互聯(lián)電網的動態(tài)穩(wěn)定性。通過該項目研究，我國在PSS配置領域取得了重要的突破：針對跨大區(qū)聯(lián)網出現(xiàn)的0.1Hz左右超低頻振蕩問題，研究提出了PSS協(xié)調配置和參數整定的改善方法，證實了PSS阻尼超低頻功率振蕩的有效性；研究出一套合適我國的PSS參數整定、調試的規(guī)范化方法；在西門子所提供三峽機組PSS幾經改善仍不能符合系統(tǒng)要求的狀況下，中國電力科學院自行研制了

11、采納雙輸入信號的PSS2A改善型加速功率信號PSS，解決了我國超大規(guī)模同步互聯(lián)電網安全穩(wěn)定運行的一個難題。二、靈活交流輸電FACTS技術在FACTS技術研究和應用領域，國家電網公司系統(tǒng)也取得了很重要的研究成果：基本掌握了串補和可控串補在系統(tǒng)制定和裝置集成方面的關鍵技術，我國第一個國產化的固定串補加可控串補工程已于2004年10月在甘肅成縣220千瓦變電站建成，并投入運行；已具備輸電系統(tǒng)靜止無功補償器SVC的生產能力，國內自行生產的第一套SVC已投入商業(yè)運行；完成了500千伏短路電流限制器的前期研究。三、廣域測量系統(tǒng)WAMS上世紀90年代初，我國電力系統(tǒng)開始進行應用相量測量單元PMU動態(tài)相量測量

12、的研究；近兩年，國內一些單位相繼開發(fā)成功新一代PMU裝置及廣域測量系統(tǒng)WAMS主站并應用于實際電力系統(tǒng)，為進一步研究基于廣域動態(tài)信息的安全預警、控制理論和方法提供了系統(tǒng)軟件和PMU硬件的基礎。 四、區(qū)域電網及跨區(qū)電網安全穩(wěn)定監(jiān)控系統(tǒng)目前已完成了區(qū)域電網及跨區(qū)電網安全穩(wěn)定監(jiān)控系統(tǒng)的可行性研究。依據對現(xiàn)有國網公司系統(tǒng)調度自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀，分析了建設區(qū)域電網及跨區(qū)域電網安全穩(wěn)定監(jiān)控系統(tǒng)的必要性，針對我國目前監(jiān)控技術現(xiàn)狀和需求，研究了區(qū)域電網和跨區(qū)域電網安全穩(wěn)定監(jiān)控系統(tǒng)的可行性，提出了區(qū)域電網和跨區(qū)域電網安全穩(wěn)定監(jiān)控系統(tǒng)的總體結構及配置方案，為我國區(qū)域電網和跨區(qū)域電網安全穩(wěn)定監(jiān)控系統(tǒng)的建設和發(fā)展奠定了

13、重要的基礎。五、電力系統(tǒng)二、三道防線的建設切機、切負荷等措施，解列等措施作為電力系統(tǒng)第二、三道防線，在我國電網已有較多應用，我國自主開發(fā)的PAC-1000快速解列裝置已應用到區(qū)域間聯(lián)系線上，這些控制技術的應用關于提升大電網的安全穩(wěn)定性起到了重要作用。大電網運行和管理技術一、調度自動化系統(tǒng)支撐平臺具有動態(tài)監(jiān)測和控制功能的新一代調度自動化系統(tǒng)接入的信息量大，系統(tǒng)開放性、可擴大性、實時性和可靠性要求高，為滿足要求必須使用軟件支撐平臺。目前一批自主開發(fā)、擁有獨立知識產權的調度自動化系統(tǒng)如CC-2000及OPEN-2000等在國網公司國家電網調度中心和部分網、省電力調度中心得到廣泛應用，為新一代電力系統(tǒng)

14、自動化系統(tǒng)支撐平臺的研究、開發(fā)和實際應用提供了基礎。國家電網公司承當的國家863項目-“國家電網調度中心安全防護體系研究及示范，于2004年6月24日通過科技部檢查，科技部領導給予此項目以高度評價，認為它解決了電力應用系統(tǒng)的世界級難題。二、大電網安全穩(wěn)定管理國網公司公布了電網穩(wěn)定管理和穩(wěn)定計算兩個規(guī)定，為全國各規(guī)劃、制定、科研、調度部門間盡快統(tǒng)一電網穩(wěn)定控制技術標準和策略，為規(guī)劃和運行決策提供了科學、準確、指導性強的依據，由此建立起了國網公司穩(wěn)定管理的新機制。前瞻研究國家電網公司在廣泛征求專家看法的基礎上，組織編寫了大電網安全關鍵技術研究框架，提升電網輸送能力關鍵技術研究框架、柔性輸電技術研究

15、框架等，對電網安全穩(wěn)定研究領域需要進行攻關的科研項目進行了統(tǒng)一的，系統(tǒng)化的布暑。主要包括：一、大電網基礎理論研究將在同步電網規(guī)模及其影響因素、大規(guī)模特高壓交直流混合同步電網系統(tǒng)特性和大規(guī)模同步電網事故互相影響及安全防御體系、特高壓交直流并列運行同步電網交直流互相影響及控制技術等幾個方面開展研究。二、受端電網特性及控制技術研究擬將研究開發(fā)交直流大受端系統(tǒng)綜合電壓安全穩(wěn)定監(jiān)控系統(tǒng)；還將開展受端系統(tǒng)廣義負荷特性分析及動態(tài)等值、受端系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定機理及動態(tài)安全評估理論研究。三、電力系統(tǒng)分析和仿真技術手段1.仿真手段建設和交直流混合輸電系統(tǒng)試驗研究將完成大規(guī)模交直流輸電系統(tǒng)電磁暫態(tài)和機電暫態(tài)混合仿真系

16、統(tǒng)的開發(fā)和完善研究；提升電力系統(tǒng)仿真計算程序的自動化和智能化水平的研究；建立基于并行計算的全數字實時仿真和數模混合仿真相結合的大規(guī)模仿真系統(tǒng)。還將開展交直流混合電網安全穩(wěn)定協(xié)調控制技術的研究，具體包括：交、直流混合輸電系統(tǒng)的互相影響及協(xié)調控制技術、多回路直流協(xié)調控制技術、直流對交流系統(tǒng)緊急功率支援時調制信號和控制策略等。研究應用于電力系統(tǒng)的超導設備的原理，依據現(xiàn)有仿真軟件及設備的技術條件和水平，相應形成仿真模型，初步建立形成參數庫，為研究超導設備應用于電力系統(tǒng)所帶來的影響等分析研究工作打下基礎。依據工程項目的研究需要，完善準穩(wěn)態(tài)直流模型，在基于電磁暫態(tài)模型的環(huán)境下，形成FACTS設備如可控串聯(lián)

17、補償器TCSC、靜止同步串聯(lián)補償器SSSC、可控高抗等模型，為我國特高壓電網的發(fā)展和建設及提升電網輸電能力奠定基礎。開發(fā)適用于電網規(guī)劃、調度和科研工作需要，以及安全可靠、界面友好、用于計算分析及設備管理的基礎數據庫。研究建立適應各區(qū)域電網負荷特性的典型負荷參數庫。建立可靠性分析累積數據庫。全國互聯(lián)電網中薄弱環(huán)節(jié)及抵抗嚴重故障能力分析。研究跨大區(qū)交流互聯(lián)電網間低頻振蕩問題，提出抑制措施。研究電網出現(xiàn)嚴重故障包括多重故障時避免電網瓦解崩潰的措施。開展互聯(lián)電網崩潰后的恢復策略和黑啟動方案優(yōu)化研究。分析研究建立跨大區(qū)電力系統(tǒng)、區(qū)域電力系統(tǒng)和省級電力系統(tǒng)實時動態(tài)穩(wěn)定監(jiān)控系統(tǒng)技術原則、實施路線、互相協(xié)調配

18、合等關鍵技術。研究電力系統(tǒng)在線動態(tài)安全評估和預警系統(tǒng)。研究抑制短路電流的相關系統(tǒng)技術；研究短路電流抑制器的技術原理、技術路線，并開發(fā)相應裝置。滾動研究全國互聯(lián)電網，分析研究特高壓試驗示范工程形成及特高壓電網發(fā)展過程中，2021-2021年間全國大區(qū)互聯(lián)規(guī)劃電網可能面臨的重大技術問題和解決措施。研究多端直流輸電控制技術及工程應用的可行性。研究輕型直流輸電控制技術、適用范圍，以及工程應用的可行性。六、大電網應急處理技術研究在大電網應急處理技術研究領域，主要研究大電網黑啟動原則，研究大電網分區(qū)黑啟動方案制定的標準、規(guī)范，以及黑啟動恢復過程的技術要求；研究國家電網應對自然災害的技術措施；研究城市電網應急能力評價指標體系等。七、技術儲備型研究研究互聯(lián)電網故障發(fā)展過程、動態(tài)特性、連鎖故障的機理和預防控制技術。研究互聯(lián)電網的運行特性、預防控制與緊急控制的協(xié)調技術、控制器參數與安全措施配置的協(xié)調優(yōu)化技術、互聯(lián)電網聯(lián)系線功率控制與調度運行技術、多直流輸電系統(tǒng)協(xié)調控制技術、大發(fā)電機組群和大電網協(xié)調控制技術。研究建立安全穩(wěn)定實時控制系統(tǒng)的關鍵技術、實施的技術方案和路線等。研究開發(fā)新型繼電保護技術及安全自動裝置；開發(fā)集測量、保護、控制、分析功能的全數字